热释电红外遥控报警器毕业论文.doc
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1、皖西学院本科毕业论文(设计) 红外遥控报警器红外遥控报警器 作 者丰千贺 指导教师周建 摘要摘要:博物馆里收藏着各式各样的珍贵文物,文物的安保工作也就变得尤其重要。本次设计对象是博物 馆展柜文物的防盗报警器设计,这是一种被动式红外报警器,采用热释电红外探测器获取探测信号,信 号经过放大比较后送给单片机进行处理,实现报警,默认情况下,报警 10s。通过遥控开关可以实现单片 机复位,遥控发射与接收部分用专用的编解码芯片进行编码和解码,简单、方便,30 米的范围内都可以 进行复位。本次设计的特点是通过放大电路增益的调整可以实现探测范围在 0-10 米内可调;隐蔽性强、 灵敏度高,灵敏度达到 3300
2、v/w,探测率达到1.5108cmHz1/2/W,视场达到 138125;通过光敏开 关电路控制白天与晚上探测范围的自动调整。 关键字关键字:红外遥控,热释电红外探测器,单片机,光敏电阻 Infrared remote control alarm Abstract: There are every kind of cultural relics in the museum, security becomes especially important. The design object is the design aims to anti-theft alarm of Museum showc
3、ases , which is a passive infrared alarm system, Detecting signal by a pyroelectric infrared detector, then the signal is sent to single-chip microcomputer for processing, by default, the alarm will stop after 10s . Through the remote control switch can realize single-chip microcomputer reset, remot
4、e control transmitting and receiving part using coding and decoding chip dedicated for encoding and decoding, it is simple,and convenient, it can be reset within 30 meters. Characteristic of this design is through the amplification circuit gain adjustment can realize adjustable detection range in 0-
5、10 meters; it has strong concealment and high sensitivity, the sensitivity is up to3300v/w, detection rate is up to 1.5 108cmHz1/2/W, field of view is up to 138 * 125 DEG; it can automatically adjust the day and night detection range through light switch. Keywords: infrared remote control, pyroelect
6、ric infrared detector, MCU, photosensitive resistance 皖西学院本科毕业论文(设计) 目目 录录 第 1 章 引言1 第 2 章 系统总体设计3 第 3 章 红外遥控报警器的硬件电路分析7 3.1 电路元器件介绍 .7 3.1.1 热释电红外传感器7 3.1.2 AT89C51 单片机10 3.1.3 PT2262/PT2272.11 3.1.4 光敏电阻14 3.2 报警器的电路设计 14 3.2.1 放大电路. 14 3.2.2 时钟电路. 15 3.2.3 复位电路16 3.2.4 声音报警电路16 3.2.5 光敏开关电路16 3.2
7、.6 红外遥控发射电路17 3.2.7 红外遥控接收电路18 第 4 章 报警系统的软件设计20 4.1 主程序工作流程图20 4.2 程序分析21 第 5 章 仿真与性能分析23 结论25 致谢26 参考文献27 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 0 页 1 引言引言 中国有着 5000 年悠久历史,多年的历史沉淀形成了多种类型的历史文物,现在各地都 时常发生文物被盗/ /破坏事件,给国家和文物研究部门都造成了极大的损失,文物保护部门 对安全的要求也越来越高,所以可靠的防盗报警设施尤为重要,本次设计主要就是针对博物 馆展柜设计的红外遥控报警器,跟普通的报警装置相比,红外线报警器优势明显,比如
8、红外 线用人的肉眼是看不见的,抗干扰性特别强,且安全。同时又具有直线传播的性质,产生相 互间干扰的可能性非常小,所以是公认的很好的信息传输媒体,红外报警器也成为了一种非 常流行的报警器。防盗报警器是在上世纪初在北美开始流行的,当时是为了方便警察去帮助 需要求救的人设计的。后来由于通讯技术的发展,使得很远的距离也能够接受到这种求救信 号。从此以后电话开始普及起来,从而电话报警的方式得到了迅猛的发展。国外的防盗报警 技术现在已经很成熟了从北美的报警器发展过程,我们可以很好地借鉴一下。目前,联网报 警模式是最成功的的报警模式,所谓联网报警就是将整个安防产业整合,形成一种高水平管 理与高科技相结合的模
9、式。比如美国的棋诺亚公司,在这方面可以算是老大了,他们一开始 也是做简单的防盗报警系统,技术水平与现在中国的许多安防产的业的技术水平相差无几。 大概到了 70 年代左右的样子,他们转变了方式,变为联网报警服务商,建立了首家网管中 心。尤其是大量的网管技术的引用使其现己成为十分先进的联网报警服务平台。世界上好多 国家和地区都有其分公司,仅就北美的客户而言,也早己超过 600 万。在 60 年代的时候, 我国的技防工作就开始了,那时候由于形势所迫,一些重要场所开始用自己的方式去防范, 当当时由于技术上的不成熟,仅仅采用声控报警的方式。罪犯分子如果撬玻璃的话,发出的 声音就会传到了值班人员的耳朵里。
10、值班人员判断出罪犯在进行行窃,及时上报有关部门, 及时抓获犯罪分子。目前,我国的防盗报警技术已经达到了世界水平。在现代先进技术的支 持下,防盗系统进入了一个新的阶段。 60 年代初左右的样子,遥控技术开始萌芽,但是在一些发达国家开始兴起,发展速度 也一直很缓慢。到了 70 年代,遥控技术得到了飞速猛进的发展,究其原因,归功于电子技 术,计算机技术等行业的迅速发展。一般而言,红外遥控系统主要由两部分构成:一是红外 发射部分。主要是利用红外发光二极管与编码芯片,再加上外围电路。对于红外发光二极管, 如果从外型上看,与普通二极管是没有什么区别的,只是颜色不一样,通常有透明、深蓝、 黑色三种颜色。其实
11、这种二极管是一种特殊的发光二极管,在他的两端施加电压时他发射的 是波长在 940mm 左右的红外线而不是可见光。如果要判断一个红外发光二极管能否正常使用, 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 1 页 可以用判断普通二极管的方法去判断他,只要用万用表电阻挡测量一下红外发光二极管的反、 正向电阻就行了。红外发光二极管的本身特性决定了他的发射功率肯定不会大,所以接收端 接收到的信号时非常微弱的,对信号进行放大处理是非常必要的,前些年一直都是用专门的 放大芯片进行放大,现在大部分都是用一体化接收头。红外接收头的封装通常有铁皮屏蔽和 塑料屏蔽两种方式。而每种方式都有数据输出,电源正极和电源负极三个端口。成
12、品红外接 收头使用时就像三极管一样,非常的方便,对于载波需要注意,这是因为一般而言载波频率 都是 38kHz,这是由发射端所使用的晶振决定了的,然后对晶振进行 12 分频, 约等于 38kHz。红外遥控最明显的特点是编解码容易,可进行多路遥控而又不干扰其他设备。 对于博物馆而言,单一的防盗装置肯定是不能满足要求的,需要各种防盗装置的配合与 协调,而展柜的防盗报警装置是文物的最后一道防线,所以对于整个防盗系统来说是至关重 要的,这也是我这次设计选题的意义所在。 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 2 页 2 2 系统总体设计系统总体设计 总体设计思路: 本设计包括红外遥控开关和热释电红外报警器两个
13、部分。也可以划分为红外发射,红外 接收,按键控制,信号检测、信号放大,光敏控制报警等模块。电路结构可划分为:红外遥 控发射电路,红外接收电路,信号检测电路,报警电路等。所以此系统也是红外通信与单片 机应用系统结合的一种应用。下图可以清晰的描述他们的关系: 。 AT8 9 C51 复位电路 信号检测 声音报警 LED闪烁 报警 放大 大 驱动 驱动 光敏电阻可变电阻 遥 控 开 关 图 2-1 总体设计框图 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 3 页 图 2-2 总体设计原理图 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 4 页 红外发射 一体化红外接收头 正常情况下,报警器开始工作,若有人进入展柜禁区,人
14、体会发射红外线,热释电红外 探测器就会把红外信号转换为电信号,然后单片机就收到了传过来的经过放大过的信号,就 会驱动报警电路进行报警,默认报警时间是 10S 钟,当然,也可以用遥控的方式通过复位来 解除报警。由于光敏电阻的影响,白天与晚上的探测范围是不同的,也可以通过参数设置放 大倍数调整探测距离。整个工作流程就是这样。对于遥控开关的设计如下: 图 2-3 红外线遥控开关框图 对于遥控开关的设计,只要设计遥控开关电路去控制报警器就行了,初步可以制定以 下两种方案: 方案 1 :以单片机为主体制作一个红外遥控器,控制复位开关。 红外发射部分: 图 2-4 方案二红外发射部分示意图 按键一旦按下,
15、在单片机内部软件的控制下产生控制脉冲,控制脉冲经红外发光二极管 发射出去。 红外接收部分: 采用红外接收头接收红外信号,信号传送给单片机,经软件控制完成红外信号的解码。 编 码 调 制 光电 放大 按 键 解码 解 调 单 片 机 按键 控制 红外 发射 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 5 页 图 2-5 红外接收部分示意图 方案 2:采用专业编解码芯片 PT2262 和 PT2272 形成红外收发系统。 编码芯片 PT2262编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,从17 脚输出 到射频发射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片 PT2272,其地址 码经过三
16、次比较核对后, PT2272 的VT 脚才输出高电平,驱动继电器工作,完成开关的设计。 采用 PT2262 和 PT2272 编、解码非常方便,易实现,稳定性也好。 方案比较:我仔细比较了这两套方案,第一种采用单片机控制,功能强大,设计非常灵活, 软件编解码也很复杂,作为开关而言,很不经济。第二种采用专业编解码器件,简单,实用 性强,好多车辆防盗系统,遥控玩具等都是采用这种方式。 综合比较,我选择了第二种方案。 单 片 机 显示 红外接收 受控元件 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 6 页 3 3 防盗报警器硬件电路分析防盗报警器硬件电路分析 3.13.1 电路元器件介绍电路元器件介绍 3.1
17、.13.1.1 热释电红外传感器热释电红外传感器 (1)基本原理介绍 热释电红外传感器是一种目前非常流行的探测元件,由滤光片,热释电元件,高输入阻 抗放大器等组成。我们知道,人是不断向外发射红外线的,人体的正常体温为 3637.5 ,其辐射的最强的红外线的波长为 9.679.64um,中心波长为 9.65um。热释电红外传感器滤 光窗的响应波长(714um) ,故滤光窗能有效地让人体辐射的红外线通过,而最大限度地阻 止阳光、灯光等可见光中的红外线的通过,以免引起干扰测出人体红外线变化的器件.热释 电红外传感器可以将人体的红外能量变化转换为电信号,如果将这个电压信号放大的话,那 么就可以控制其他
18、自动化装置了。工作原理图如下: RS Y2 Y1 R1 R2 C2 C1 R3 R4 Q2 NPN Q1 FET VccVCC 3v12v OUT 图 3-1 热释电红外传感器原理图 热释电红外传感器是一种热电型的红外传感器,是服从热电效应原理的,该传感器将两 个性质一样的热电元反向串联,可以抑制温差,减少干扰,实现不接触就可以测出红外线能 量变化的功能,然后转化为电信号输出。热电元输出的电荷信号是不能直接使用的,必须用 电阻将其转换为电压形式。下面是一种型号热释电红外探测器 KP500B.如下图: 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 7 页 图 3-2 KP500B 详细参数 (2)具体参数分
19、析 当红外辐射入射晶体,被晶体吸收后,晶体温度升高,自极化强度变小,即电荷面密度 变小。这样,晶体表面存在多余的中和电荷,这些电荷以电压或电流的形式输出,根据热平 衡方程,对周期变化的红外辐射响应元温升为: (1) 22 1 d T G (式中正弦变化辐射功率峰值;为辐射角频率; 为响应元比辐射率;G是响应元热导, 是热时间常数,单位S。 ) 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 8 页 而热释电电流与辐射角频率、响应元面积、温升成正比,即 (2) ddd ipAT (式中:P 一热电系数;一响应元面积) d A 把(1)代入(2) ,可知热释电电流为: (3) 22 1 d d pA i G 可
20、见,对于特定的响应元(其面积 Ad、热电系数 P、比辐射率 、响应元热导 G、热时间 常数 一定)的热释电电流,如果辐射角频率一定,则只与感受的辐射功率的大小成正比, 并随辐射功率的变化而变化。 热释电电压为: 2222 11 dde e T pA R V G (4) (式中传感器等效输入电阻;一传感器等效电容;一电时间常数) e R c R e 由(4)可以计算出灵敏度为: (5) 2222 11 d e s s e pA R V R G , (6) 0 s V V R p 0 V d n R DAf V (式中为辐射到探测器的功率,为带宽,为噪声电压) 。 0 p 0 f n V 最大探测
21、距离的计算: (7) 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 00 1 / 2 1234 sn DNA DfVV J R J 为目标的光谱辐射强度, 单位( );为大气透过率, 无量纲; D0 为光学系统入/ r w s 射孔径直径, 单位( cm) ;( N A ) 表示数值孔径,为传感器光谱透过率, 无量纲;为 0 D 皖西学院本科毕业论文(设计) 第 9 页 单探测率;为瞬时视场; 为等效噪音带宽, 单位( Hz) ; 为系统信噪比, 无f/ sn VV 量纲。 通过对热释电红外探测器的参数分析,可以知道,最大探测距离与很多因素有关,但是 对于特定的传感器而言,主要与辐射强度有关 。从上
22、面的式子中可以得到探测距离与输出 电压的关系,从而可以通过对输出电压的控制间接地改变探测范围。 3.1.23.1.2 AT89C51AT89C51 单片机单片机 AT89C51 单片机是一种高性能的单片机,采用 CMOS 工艺制造,性能很高,片内含 4k bytes 的 EPROM 和 128 bytes 的 RAM,片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单 元,功能强大。AT89C51 单片机性价比是很高的,可应用于很多控制领域。51 系列是我们常 见单片机,但是事实上,类型与特性的不同决定了他们种类的多样性, MCS-51 是一系列单 片机的总称。世界上很多公司也都在做
23、单片机,他们大多数是以 MCS-51 为基础,根据自己 的需要开发出更多的产品。所以只是功能上的差别,核心是一样的。目前,89C51 是一种非 常流行的单片机,此次设计我就是采用了 AT89C51 单片机。 管脚说明:VCC:供电电压,GND:接地 P0 口:P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口,每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管 脚第一次写 1 时,被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为 数据/地址的第八位。在 FIASH 编程时,P0 口作为原码输入口,当 FIASH 进行校验时,P0 输出原码,此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口:P1
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